Nanoantenni avittaa kvanttiviestintää

Osakan yliopiston tutkijat ovat parantaneet kvantti-informaation kantajien välistä siirtotehokkuutta tavalla, joka perustuu vakiintuneeseen nanotieteeseen ja on yhteensopiva tulevien edistyneiden viestintätekniikoiden kanssa.

Informaation tallennus ja siirto yksinkertaisten ykkösten ja nollien tapaan ei riitä kehitettäville kvanttiteknologioille. Nyt japanilaiset tutkijat ovat valmistaneet nanoantennin, joka auttaa tuomaan kvanttitietoverkot lähemmäs käytäntöä.

Osakan ja yhteistyökumppanien tutkijat ovat merkittävästi parantaneet fotoni-elektroni -konversiota metallin nanorakenteen avulla, mikä on tärkeä askel eteenpäin edistyneiden tekniikoiden kehittämisessä datan jakamiseen ja käsittelyyn.

Kvantti-informaatio perustuu verrattain monimutkaisempiin ja turvallisempiin olemuksiin, kuin nykyiset bitit, kuten fotonipolarisaatioon ja elektronien spiniin.

Puolijohteiset kvanttipisteet ovat materiaaleja, joita tutkijat ovat ehdottaneet kvantti-informaation tallentamiseen ja siirtämiseen. Kvanttitoistintekniikoilla on kuitenkin joitain rajoituksia – esimerkiksi nykyiset tavat muuntaa fotonipohjaista informaatiota elektronipohjaiseksi informaatioksi ovat erittäin tehottomia.

"Yksittäisten fotonien muuntamisen tehokkuus yksittäisiksi elektroneiksi galliumarsenidin kvanttipisteissä - yleisissä materiaaleissa kvanttiviestintätutkimuksessa - on tällä hetkellä liian alhainen", selittää johtava kirjoittaja Rio Fukai. "Siten suunnittelimme nanoantennin - joka koostuu ultrapienistä samankeskisistä kultarenkaista - kohdistamaan valon yhteen kvanttipisteeseen, mikä johtaa luettavaan jännitteeseen laitteeltamme."

Tutkijat paransivat fotonien absorptiota jopa 9-kertaisesti ilman nanoantennia toimittaessa. Vaikka kvanttipisteen valaisun jälkeen suurin osa fotogeneroiduista elektroneista ei osunut sinne, vaan levisivät ympäriinsä, niin silti eivät häirinneet kvanttipisteen elektroneista saatavaa lukemaa.

"Teoreettiset simulaatiot osoittavat, että voimme parantaa fotonien absorptiota jopa kertoimella 25", sanoo Akira Oiwa. "Valonlähteen kohdistamisen parantaminen ja tarkemman nanoantennin valmistaminen ovat seuraavat tutkimustavoitteet ryhmällemme."

Näillä tuloksilla on tärkeitä sovelluksia. Tutkijoilla on nyt keinoja käyttää vakiintunutta nanofotoniikkaa edistämään tulevien kvanttiviestintä- ja tietoverkkojen näkymiä. Käyttämällä abstrakteja fysiikan ominaisuuksia, kuten lomittumista ja superpositiota, kvanttiteknologia voi tarjota ennennäkemättömän tietoturvan ja tietojenkäsittelyn tulevina vuosikymmeninä.

Aiheesta aiemmin: Nanoantenneja ja yhden elektronin transistoreita